CN106785855B - 一种高效率氟化氢激光光栅非稳腔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效率氟化氢激光光栅非稳腔，该谐振腔为环形腔，包括凸面反射镜、凹面反射镜、薄膜偏振片、四分之一波片、二分之一波片、平面全反射镜、闪耀光栅、刮刀镜等。通过改变腔内振荡光的偏振特性使腔内的球面波变为平面波后入射到闪耀光栅上，以减小传统非稳腔内发散球面波在光栅上造成的象差，提高闪耀光栅一级衍射光的效率，实现氟化氢单谱线激光的高效率输出。

Description

一种高效率氟化氢激光光栅非稳腔

技术领域

本发明属于化学激光领域，具体涉及一种高效率氟化氢激光光栅非稳腔。

背景技术

氟化氢激光器具有输出谱线丰富、能量转换效率高、工程放大性好，是目前为止应用的最高输出功率的激光器。氟化氢激光器通常是多谱线运转，而在实际应用中往往要求某些特定波长单谱线激光，在这种情况下激光器的选线输出就变得十分必要。适用于激光器选线的方法有多种，衍射光栅、棱镜、腔内吸收池均可采用，但从高功率激光上来看，衍射光栅更具吸引力。闪耀光栅具有很好的定向衍射能力，使用闪耀光栅作为腔镜构成的谐振腔是选线激光器中比较常见的方法。使用闪耀光栅进行选线，通常需满足光栅方程(其中θ分别是入射角和衍射角，d为刻线间距离，k为衍射级次)，对于一般的驻波腔，闪耀光栅通常以Littrow方式工作，即满足入射角φ和衍射角θ相等的谱线才能在腔内实现振荡，实现选线激光的输出。为了获得好的光束质量的激光输出，氟化氢激光器大都采用非稳腔，腔内的辐射光以球面波的形式振荡放大。对于以Littrow方式工作的闪耀光栅的稳定腔，束腰位于闪耀光栅上，因此入射到光栅上的是近似平面波，其一级衍射光束的象差很小。而在非稳腔内，入射到光栅上的是发散的球面波，对于离轴光线，在光栅上的一级衍射光无法向平面镜那样发生反射，产生象差，影响到光栅的衍射效率。因此，需要一种能够有效地对减小闪耀光栅对非稳腔内辐射光引起的象差，提高激光器效率的谐振腔。本发明实现了满足上述氟化氢激光器选线非稳腔的需求。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种高效率氟化氢激光光栅非稳腔。实现了在非稳腔条件下，氟化氢选线激光的高效率输出。

为实现本发明的目的，具体技术解决方案是：

一种高效率氟化氢激光光栅非稳腔，该谐振腔包括凸面反射镜、增益介质区、凹面反射镜、薄膜偏振片、四分之一波片、闪耀光栅、第一平面反射镜、第二平面反射镜、二分之一波片、第三平面反射镜、刮刀镜。

本发明光栅非稳腔的调节装置的工作过程如下：

激光器运行时，增益介质区产生的辐射光经凸面反射镜反射后变为发散的球面波，球面波通过增益介质区后经凹面反射镜反射变为平面波，平面波经过薄膜偏振片反射后变为s偏振光，s偏振光通过四分之一波片变为圆偏振光，圆偏振光在闪耀光栅上发生衍射，其一级衍射光按原路返回并通过四分之一波片，此时圆偏振光变为p偏振光，p偏振光在薄膜偏振片上产生透射，再经过第一平面反射镜、第二平面反射镜反射后，通过二分之一波片变为s偏振光，s偏振光经过第三平面反射镜反射后，通过刮刀镜。一部分辐射光穿过刮刀镜的中心后经凸面反射镜反射后进入增益介质区进一步振荡放大，另一部分由刮刀镜的反射面反射输出。

所述的闪耀光栅以Littrow方式工作，其法线与圆偏振光入射方向的夹角等于闪耀光栅的闪耀角。

所述的薄膜偏振片材料为硒化锌晶体，与光轴的夹角为67.7度。

所述的四分之一波片、二分之一波片的材料均为MgF₂晶体，晶体的两个通光面分别镀增透膜。

本发明具有以下优点：

谐振腔采用环形腔非稳腔方式，将经过增益介质区的发散球面波变为平面波后入射到闪耀光栅上，减小光栅衍射光的象差，减小衍射损耗；通过腔内的偏振光学元件改变腔内辐射光的偏振特性，改变经过光栅后衍射光的传输方向，形成环形振荡放大，提高激光器的效率。

附图说明

图1为本发明一种高效率氟化氢激光光栅非稳腔的结构示意图。

具体实施方式

如附图1所示，一种高效率氟化氢激光光栅非稳腔，其特征在于：该谐振腔包括凸面反射镜1、增益介质区2、凹面反射镜3、薄膜偏振片4、四分之一波片5、闪耀光栅6、第一平面反射镜7、第二平面反射镜8、二分之一波片9、第三平面反射镜10、刮刀镜11。增益介质区2位于凸面反射镜1和凹面反射镜3之间；凸面反射镜1与凹面反射镜3、薄膜偏振片4、闪耀光栅6、平面反射镜7、平面反射镜8、平面反射镜10构成不稳定环形腔，凸面反射镜1反射面的焦点与凹面反射镜3反射面的焦点共焦。闪耀光栅6以Littrow方式工作，其法线与入射光方向的夹角等于闪耀光栅6的闪耀角。

当激光器工作时，谐振腔内由增益介质区2产生的辐射光经凸面反射镜1反射后变为发散的球面波，球面波经凹面反射镜3反射后变为平面波，平面波经过薄膜偏振片4反射后变为s偏振光，s偏振光通过四分之一波片5变为圆偏振光，圆偏振光经过闪耀光栅6的衍射后，其一级衍射光的传输方向与入射至闪耀光栅6的圆偏振光平行且方向相反。一级衍射光通过四分之一波片5变为p偏振光，p偏振光在薄膜偏振片4上产生透射，透射光经过第一平面反射镜7、第二平面反射镜8反射后，通过二分之一波片9变为s偏振光，s偏振光经过第三平面反射镜10反射后，一部分辐射光穿过刮刀镜11的中心后经凸面反射镜1反射后进入增益介质区2进一步振荡放大，另一部分由刮刀镜11的反射面反射输出。

本发明采用行波非稳腔实现了将非稳腔内的球面波变为平面波后入射到闪耀光栅上，以减小传统驻波非稳腔内发散球面波在光栅上造成的象差，提高闪耀光栅一级衍射光的效率，实现氟化氢选线激光的高效率输出。

Claims (5)

1.一种高效率氟化氢激光光栅非稳腔，其特征在于：该非稳腔为非稳环形腔，包括凸面反射镜（1）、增益介质区（2）、凹面反射镜（3）、薄膜偏振片（4）、四分之一波片（5）、闪耀光栅（6）、第一平面反射镜（7）、第二平面反射镜（8）、二分之一波片（9）、第三平面反射镜（10）、刮刀镜（11）；

所述的增益介质区（2）位于凸面反射镜（1）和凹面反射镜（3）之间；非稳腔内由凸面反射镜发出的球面波经凹面反射镜（3）反射后变为平面波，平面波经过薄膜偏振片（4）反射后变为s偏振光，s偏振光通过四分之一波片（5）变为圆偏振光，圆偏振光经过闪耀光栅（6）的一级衍射后，衍射光按原路返回通过四分之一波片（5）变为p偏振光，p偏振光通过薄膜偏振片（4），再经过第一平面反射镜（7）、第二平面反射镜（8）反射后，通过二分之一波片（9）变为s偏振光，s偏振光经过第三平面反射镜（10）反射后，由刮刀镜（11）反射输出。

2.根据权利要求1所述的高效率氟化氢激光光栅非稳腔，其特征在于：所述的凸面反射镜（1）与凹面反射镜（3）、薄膜偏振片（4）、闪耀光栅（6）、第一平面反射镜（7）、第二平面反射镜（8）、第三平面反射镜（10）构成不稳定环形腔，凸面反射镜（1）反射面的焦点与凹面反射镜（3）反射面的焦点共焦。

3.根据权利要求1所述的高效率氟化氢激光光栅非稳腔，其特征在于：所述的闪耀光栅（6）的法线与圆偏振光入射方向或反射方向的夹角等于闪耀光栅（6）的闪耀角。

4.根据权利要求1所述的高效率氟化氢激光光栅非稳腔，其特征在于：所述的薄膜偏振片（4）材料为硒化锌晶体，与光轴的夹角为67.7度。

5.根据权利要求1所述的高效率氟化氢激光光栅非稳腔，其特征在于：所述的四分之一波片（5）、二分之一波片（9）的材料均为MgF₂晶体，晶体的两个通光面分别镀增透膜。